第一篇：基于Labview的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)(開(kāi)放性實(shí)驗(yàn))

開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（報(bào)告）

摘 要

本次設(shè)計(jì)基于美國(guó)國(guó)家儀器（NI）的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)Labview，使用圖形化語(yǔ)言編程，設(shè)計(jì)了一款虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。該虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器能夠產(chǎn)生正弦波、三角波、方波、鋸齒波等波形，其中輸出信號(hào)的頻率、幅值、相位、偏移量以及方波的占空比等都可以在較寬的范圍內(nèi)動(dòng)態(tài)的調(diào)節(jié)，能夠更好的得到滿意的波形。

關(guān)鍵詞：虛擬儀器；Labview；函數(shù)信號(hào)發(fā)生器；圖形化編程

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目 錄

第1章 緒 論..........................................................................................................1 第2章 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)....................................................................2

2.1 概述...........................................................................................................2 2.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器程序框圖設(shè)計(jì)...............................................................2

2.2.1 基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的配置........................................................2 2.2.2 while循環(huán)的設(shè)計(jì)............................................................................3 2.2.3 程序中的延時(shí)機(jī)制........................................................................4 2.2.4 波形顯示控件的設(shè)計(jì)....................................................................4 2.3 前面板的界面布局...................................................................................7 2.4 幫助信息...................................................................................................9 第3章 程序調(diào)試..................................................................................................10 第4章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總結(jié)..........................................................................................12 參考文獻(xiàn)................................................................................................................13 附 錄......................................................................................................................1

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第1章 緒 論

在有關(guān)電參量的測(cè)量中，我們需要用到信號(hào)源，而信號(hào)發(fā)生器則為我們提供了在測(cè)量中所需的信號(hào)源，它可以產(chǎn)生不同頻率的正弦信號(hào)、方波、三角波、鋸齒波、正負(fù)脈沖信號(hào)、調(diào)幅信號(hào)、調(diào)頻信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)等，其輸出信號(hào)的幅值也可以按需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器種類繁多，價(jià)格昂貴，而且儀器功能固定單一，不具備用戶對(duì)儀器進(jìn)行定義及編程的功能，一個(gè)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室很難同時(shí)擁有多類信號(hào)發(fā)生器，然而，基于虛擬儀器技術(shù)的實(shí)驗(yàn)室則能夠?qū)崿F(xiàn)這一要求。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)在數(shù)據(jù)采集、自動(dòng)測(cè)試和儀器控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，促進(jìn)和推動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)和儀器控制的設(shè)計(jì)方法與實(shí)現(xiàn)技術(shù)發(fā)生了深刻的變化?！败浖词莾x器”已成為測(cè)試與測(cè)量技術(shù)發(fā)展的重要標(biāo)志。虛擬信號(hào)發(fā)生器就是利用高性能的模塊化硬件，結(jié)合高效靈活的LabVIEW軟件來(lái)完成各種測(cè)試、測(cè)量和自動(dòng)化應(yīng)用。

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第2章 虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

2.1 概述

在傳統(tǒng)的測(cè)量中，為了得到測(cè)量結(jié)果我們往往需要一個(gè)信號(hào)源對(duì)測(cè)量電路進(jìn)行激勵(lì)，這就需要用到函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。正弦波、三角波、方波、鋸齒波等是實(shí)驗(yàn)和測(cè)量中常用的信號(hào)波，但是傳統(tǒng)儀器的功能的固定性和費(fèi)用的高昂限制了傳統(tǒng)儀器的推廣和使用。本次設(shè)計(jì)利用labview設(shè)計(jì)包含傳統(tǒng)儀器各種功能的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。

2.2 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器程序框圖設(shè)計(jì)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的程序框圖的設(shè)計(jì)包含基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的配置和while循環(huán)的設(shè)計(jì)。

2.2.1 基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的配置

本次設(shè)計(jì)采用美國(guó)國(guó)家儀器（NI）的虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)labview 2011版本來(lái)實(shí)現(xiàn)。

啟動(dòng)labview2011進(jìn)入軟件啟動(dòng)界面，然后新建VI并命名為“基本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器”。通過(guò)菜單欄中“窗口→顯示程序框圖”（或者快捷鍵ctrl+E）進(jìn)入程序框圖的編輯界面。在程序框圖的空白處鼠標(biāo)右鍵單擊顯示函數(shù)選板，打開(kāi)“信號(hào)處理→波形生成”的子選板，選擇“基本函數(shù)發(fā)生器”，將其拖放至程序框圖中。為了方便觀察和操作，可以右鍵點(diǎn)擊函數(shù)發(fā)生器，快捷菜單中“顯示為圖標(biāo)”前面的勾去掉即可，其如圖2.1所示。

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圖2.1 基本函數(shù)發(fā)生器的選擇

移動(dòng)光標(biāo)到函數(shù)發(fā)生器的“頻率”端口上，鼠標(biāo)右鍵單擊，在其快捷菜單中選擇“創(chuàng)建→輸入控件”，程序會(huì)自動(dòng)幫助完成輸入控件與函數(shù)發(fā)生器的連接，同過(guò)同樣的步驟完成“幅值”、“相位”、“信號(hào)類型”、“重置信號(hào)”、“偏移量”、“采樣信息”等端口輸入控件的創(chuàng)建和連接，合理調(diào)整它們的位置，使得界面布局合理。創(chuàng)建完成如圖2.2所示。

圖2.2 輸入控件的創(chuàng)建

2.2.2 while循環(huán)的設(shè)計(jì)

While循環(huán)模塊的功能實(shí)現(xiàn)程序連續(xù)運(yùn)行及波形參數(shù)的實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)與輸出顯示。在while循環(huán)的條件接線端接入的是一個(gè)布爾變量，用以控制循環(huán)的結(jié)束。

在程序框圖的函數(shù)選板中，打開(kāi)“編程→結(jié)構(gòu)→while循環(huán)”，鼠標(biāo)左鍵單擊選中“while循環(huán)”后在程序框圖的合適位置拖放出一個(gè)矩形框，該矩形框需要將程序

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框圖的所有節(jié)點(diǎn)都包含進(jìn)去。為了能夠更好地操作程序，在while循環(huán)的右下角有個(gè)條件接線端，右鍵點(diǎn)擊循環(huán)的條件接線端，在其快捷菜單中選擇“創(chuàng)建輸入控件”。如圖2.3所示。

圖2.3 while循環(huán)的放置

2.2.3 程序中的延時(shí)機(jī)制

為了有效的控制代碼的執(zhí)行速率和降低CPU的占用率，需要在while循環(huán)中采用定時(shí)機(jī)制。

在程序框圖界面中，打開(kāi)函數(shù)選版，選擇“編程→定時(shí)→等待（ms）”函數(shù)節(jié)點(diǎn)，將該函數(shù)節(jié)點(diǎn)拖放至循環(huán)結(jié)構(gòu)的內(nèi)部。移動(dòng)光標(biāo)到“等待（ms）”函數(shù)節(jié)點(diǎn)的“等待時(shí)間（毫秒）”端口上，單擊鼠標(biāo)右鍵，從彈出的快捷菜單中執(zhí)行“創(chuàng)建/常量”的命令，放置一個(gè)數(shù)值常量并修改其數(shù)值為50，其如圖2.44所示。

圖2.4 延時(shí)機(jī)制的設(shè)置

2.2.4 波形顯示控件的設(shè)計(jì)

在程序框圖的菜單欄中，由“窗口→顯示前面板”（或者快捷鍵ctrl+E）切換至前面板。在前面板的空白處右鍵點(diǎn)擊調(diào)出“控件選板”，打開(kāi)“新式→圖形”，將“波形圖”控件節(jié)點(diǎn)拖放至前面板的合適的位置，并在程序框圖中和函數(shù)發(fā)生器的“信號(hào)輸出”端口連接起來(lái)。如圖2.5所示。

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圖2.5 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的顯示控件的放置

鼠標(biāo)右鍵點(diǎn)擊“波形圖”控件，在其快捷菜單中選擇屬性選項(xiàng)，對(duì)其“外觀”、“顯示格式”、“曲線”等選項(xiàng)卡進(jìn)行設(shè)置，具體的設(shè)置如下面的各個(gè)圖形所示。

圖2.6 圖形表控件的外觀選項(xiàng)卡的設(shè)置

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圖2.7 圖形表控件的顯示格式選項(xiàng)卡的設(shè)置

圖2.8 圖形表控件的曲線選項(xiàng)卡的設(shè)置

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至此，整個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的程序框圖已經(jīng)設(shè)計(jì)完畢，完整的 程序框圖如下圖2.9所示.圖2.9 整體程序框圖

2.3 前面板的界面布局

當(dāng)控件，但是它們都雜亂無(wú)章的排列著，這時(shí)候就需要我們來(lái)手動(dòng)調(diào)整并合理的布局了。Labview虛擬儀器開(kāi)發(fā)平臺(tái)在人機(jī)交互界面（HMI）的設(shè)計(jì)上有很多她的獨(dú)到之處。例如我們?cè)谖覀儗⒊炭驁D的程序編輯完切換回前面板后，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)在前面板發(fā)現(xiàn)很多輸入控件和顯示控件選板中，打開(kāi)“新式→修飾”后我們會(huì)看見(jiàn)很多的修飾控件，這些都是為我們更好的裝扮我們的HMI，讓我們的人機(jī)交互界面看起來(lái)更加的友好和與眾不同。修飾界面控件如圖2.10所示。

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圖2.10 控件選板的修飾控件界面

經(jīng)過(guò)對(duì)前面板控件的合理布局及修飾，我們得到如圖2.11所示的最終界面。

圖2.11 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的前面板

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2.4 幫助信息

在很多軟件中我們都可以看見(jiàn)幫助信息，因?yàn)閹椭畔?duì)初次接觸該軟件的人員具有一定的引導(dǎo)作用，而不至于打開(kāi)軟件之后毫無(wú)眉目，著對(duì)一個(gè)軟件的推廣使用也是至關(guān)重要的。本函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幫助信息主要是對(duì)一些輸入控件的常規(guī)解釋,點(diǎn)擊函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的右上角的幫助文字幫助信息就會(huì)以對(duì)話框的形式顯示出來(lái)。解釋如下：

偏移量：指的是直流信號(hào)的偏移。

重置信號(hào)：如果輸入為真，則重置信號(hào)的相位控制值，并且將時(shí)間重置為0.信號(hào)類型：波形的生成類型，有正弦波、三角波、方波、鉅齒波等。頻率：是指波形的頻率。

幅值：是指波形的振幅，同時(shí)也是電壓信號(hào)的峰值。

相位：波形的初始相位為0，如果重置信號(hào)輸入為假，則忽略相位。采樣信息：包含采樣率（FS）和采樣數(shù)，采樣率是指每秒鐘的采樣率，而采樣數(shù)是指波形中的樣本數(shù)。

方波占空比（%）：是指一個(gè)周期內(nèi)，方波高電壓持續(xù)時(shí)間占總周期的百分比。

圖2.12 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的幫助信息

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第3章 程序調(diào)試

單擊前面板工具欄上的運(yùn)行按鈕，運(yùn)行該程序。通過(guò)波形圖顯示控件可以觀察到函數(shù)的波形，調(diào)整輸入?yún)?shù)，可以觀察到波形隨著參數(shù)的調(diào)節(jié)而變化，具體程序調(diào)試結(jié)果如下面各圖所示。

圖3.1 正弦波的調(diào)試結(jié)果

圖3.2 三角波的調(diào)試結(jié)果

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圖3.3 方波的調(diào)試結(jié)果

圖3.4 鋸齒波的調(diào)試結(jié)果

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第4章 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)總結(jié)

虛擬信號(hào)發(fā)生器通過(guò)LabVIEW圖形化語(yǔ)言將計(jì)算機(jī)硬件資源與儀器硬件有機(jī)地融合為一體，從而把計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算處理能力和儀器硬件的測(cè)量、控制能力結(jié)合在儀器，大大縮小了儀器硬件的成本和體積，并通過(guò)LabVIEW實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的顯示、存儲(chǔ)以及分析處理。因?yàn)樘摂M信號(hào)發(fā)生器可與計(jì)算機(jī)同步發(fā)展，與網(wǎng)絡(luò)及其他周邊設(shè)備互聯(lián)，用戶只需改變軟件程序就可以不斷賦予它或擴(kuò)展增強(qiáng)它的測(cè)量功能。這就是說(shuō)，儀器的設(shè)計(jì)制造不再是廠家的專利。虛擬信號(hào)發(fā)生器開(kāi)創(chuàng)了儀器使用者可以成為儀器設(shè)計(jì)者的時(shí)代，這將給虛擬信號(hào)發(fā)生器使用者帶來(lái)無(wú)盡的利益。

Labview作為一個(gè)圖形化編程軟件，是開(kāi)發(fā)測(cè)試系統(tǒng)的一種功能強(qiáng)大、方便快捷的編程工具。其良好的相通性、開(kāi)放性、專用性，使測(cè)試系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)周期短、成本低、質(zhì)量高?；贚abview的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器具有機(jī)交互性好、易于操作等特點(diǎn)，能夠廣泛的應(yīng)用與于科研、生產(chǎn)等領(lǐng)域．

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參考文獻(xiàn)

[1]胡仁喜等編著.LabVIEW8.2.1虛擬儀器實(shí)例指導(dǎo)教程.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2007.11.[2]張凱等編著.LabVIEW虛擬儀器工程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā).北京:國(guó)防工業(yè)出版社,2004.6.[3]張毅等編著.虛擬儀器技術(shù)分析與應(yīng)用.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.2.[4]余成波,馮麗輝等編著.虛擬儀器技術(shù)與設(shè)計(jì).重慶:重慶大學(xué)出版社,2006.7.[5]劉全心,南建平.基于LabVIEW的虛擬函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)[J].2007年5月第31期.[6]National Instruments.Using LabVIEW to Create Multithreaded VIs [M].Texas: National Instruments, 2000.[7] 張雄偉,陳亮,楊吉斌.現(xiàn)代語(yǔ)音處理技術(shù)及其應(yīng)用[M ].北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 2003.開(kāi)放性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)（報(bào)告）

附 錄

程序整體框圖

…

前面板整體圖

第二篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)任務(wù)與要求

⑴ 設(shè)計(jì)并制作能產(chǎn)生正弦波、矩形波（方波）和三角波（鋸齒波）的函數(shù)發(fā)生器，本信號(hào)發(fā)生器可以考慮用專用集成芯片（如5G8038等）為核心實(shí)現(xiàn)。⑵ 信號(hào)頻率范圍： 1Hz∽100kHz；

⑶ 頻率控制方式：

① 手控通過(guò)改變RC參數(shù)實(shí)現(xiàn)；

② 鍵控通過(guò)改變控制電壓實(shí)現(xiàn)；

③ 為能方便地實(shí)現(xiàn)頻率調(diào)節(jié)，建議將頻率分檔；

⑷ 輸出波形要求

① 方波上升沿和下降沿時(shí)間不得超過(guò)200nS，占空比在48%∽50%之間；② 非線性誤差≤2%；

③ 正弦波諧波失真度≤2%；

⑸ 輸出信號(hào)幅度范圍：0∽20V；

⑹ 信號(hào)源輸出阻抗：≤1Ω；

⑺ 應(yīng)具有輸出過(guò)載保護(hù)功能；

⑻ 具有數(shù)字顯示輸出信號(hào)頻率和電壓幅值功能。

第三篇：VHDL實(shí)驗(yàn)四函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì).

VHDL實(shí)驗(yàn)四:函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)要求:設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,能產(chǎn)生方波,三角波,正弦波,階梯波。設(shè)計(jì)概述:信號(hào)的輸出實(shí)質(zhì)上是指電壓幅度隨時(shí)間的變化。根據(jù)這個(gè)原理我們就可以設(shè)計(jì)函數(shù)信號(hào)發(fā)生器了。FPGA里面產(chǎn)生的數(shù)據(jù)只能是數(shù)字信號(hào),最終我們通過(guò)連接8bit的DA轉(zhuǎn)換器就能將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào),從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)發(fā)生器的功能。

本設(shè)計(jì)有5個(gè)模塊組成,其中有:方波發(fā)生器,三角波發(fā)生器,正弦波發(fā)生器,階梯波發(fā)生器,4選1選擇器。下面是我設(shè)計(jì)的整個(gè)過(guò)程: 方波發(fā)生器:實(shí)質(zhì)上是一段時(shí)間輸出0,一段時(shí)間輸出255的數(shù)字信號(hào),當(dāng)然這有8位的通道輸出。

程序設(shè)計(jì)如下:--工程名:方波發(fā)生器

--功能:產(chǎn)生方波,是通過(guò)交替送出全0和全1實(shí)現(xiàn)的,每32個(gè)時(shí)鐘翻轉(zhuǎn)一次--時(shí)間:2010-12-17 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sqaure is port(clk,clr:in std_logic;

q:out integer range 0 to 255;end entity;architecture behav of sqaure is signal a:bit;begin process(clk,clr--計(jì)數(shù)分頻 variable cnt:integer range 0 to 32;begin if(clr='0' then a<='0';elsif clk'event and clk='1' then if cnt<31 then--進(jìn)行32分頻 cnt:=cnt+1;else cnt:=0;a<=not a;end if;end if;

end process;process(clk,a--信號(hào)輸出 begin if clk'event and clk='1' then if a='1' then q<=255;else q<=0;end if;end if;end process;end behav;三角波發(fā)生器:實(shí)質(zhì)上是先輸出直線遞增的數(shù)字信號(hào),隨后按照同樣的斜率輸出遞減的數(shù)字信號(hào)。這樣就能實(shí)現(xiàn)三角波的發(fā)生了。

程序設(shè)計(jì)如下:--工程名:三角波信號(hào)發(fā)生器

--功能:產(chǎn)生的三角波以64個(gè)時(shí)鐘為一個(gè)周期,輸出q每次加減8。--時(shí)間:2010-12-17 library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity delta1 is port(clk:in std_logic;--時(shí)鐘信號(hào) rst:in std_logic;--復(fù)位信號(hào)

q:out std_logic_vector(7 downto 0;--輸出信號(hào) end entity;architecture behav of delta1 is begin variable tmp:std_logic_vector(7 downto 0;variable a:std_logic;begin if(rst='0' then tmp:=“00000000”;elsif clk'event and clk='1' then if(a='0' then if(tmp=“11111000” then--tmp=248 tmp:=“11111111”;

a:='1';--信號(hào)計(jì)數(shù)完成,下一次改成遞減 else tmp:=tmp+8;--遞增 end if;else if tmp=“00000111” then--tmp=7 tmp:=“00000000”;a:='0';--信號(hào)計(jì)數(shù)完成,下一次改成遞增 else tmp:=tmp-8;--遞減 end if;end if;end if;q<=tmp;--信號(hào)輸出 end process;end behav;正弦波發(fā)生器:這里我設(shè)計(jì)了64個(gè)狀態(tài),就是將一個(gè)周期的正弦波分成64分,在然后一份份的數(shù)字信號(hào)輸出就可以了。具體怎么取值,用excel計(jì)算就可以了。自己手動(dòng)計(jì)算也可以的哦。

具體程序設(shè)計(jì)如下: library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity sin1 is port(clk,clr:in std_logic;d:out integer range 0 to 255;end entity;architecture behav of sin1 is begin variable tmp:integer range 0 to 63;begin if clr='0' then d<=0;elsif clk'event and clk='1' then if tmp=63 then tmp:=0;else

tmp:=tmp+1;end if;case tmp is when 00=>d<=255;when 01=>d<=254;when 02=>d<=252;when 03=>d<=249;when 04=>d<=245;when 05=>d<=239;when 06=>d<=233;when 07=>d<=225;when 08=>d<=217;when 09=>d<=207;when 10=>d<=197;when 11=>d<=186;when 12=>d<=174;when 13=>d<=162;when 14=>d<=150;when 15=>d<=137;when 16=>d<=124;when 17=>d<=112;when 18=>d<=99;when 19=>d<=87;when 20=>d<=75;when 21=>d<=64;when 22=>d<=53;when 23=>d<=43;when 24=>d<=34;when 25=>d<=26;when 26=>d<=19;when 27=>d<=13;when 28=>d<=8;when 29=>d<=4;when 30=>d<=1;when 31=>d<=0;when 32=>d<=0;when 33=>d<=1;when 34=>d<=4;when 35=>d<=8;when 36=>d<=13;when 37=>d<=19;when 38=>d<=26;when 39=>d<=34;when 40=>d<=43;when 41=>d<=53;when 42=>d<=64;when 43=>d<=75;when 44=>d<=87;when 45=>d<=99;when 46=>d<=112;when 47=>d<=124;

when 48=>d<=137;when 49=>d<=150;when 50=>d<=162;when 51=>d<=174;when 52=>d<=186;when 53=>d<=197;when 54=>d<=207;when 55=>d<=217;when 56=>d<=225;when 57=>d<=233;when 58=>d<=239;when 59=>d<=245;when 60=>d<=249;when 61=>d<=252;when 62=>d<=252;when 63=>d<=255;when others=>null;end case;end if;end process;end behav;階梯波發(fā)生器:實(shí)質(zhì)上是一個(gè)直線遞增的數(shù)字信號(hào)輸出而已,和三角波發(fā)生沒(méi)有什么差別。

--工程名:階梯波信號(hào)發(fā)生器

--功能:改變?cè)撃K遞增的常數(shù),可以改變階梯的個(gè)數(shù)--時(shí)間:2010-12-17 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;

use ieee.std_logic_arith.all;entity ladder1 is port(clk:in std_logic;--時(shí)鐘信號(hào) rst:in std_logic;--復(fù)位信號(hào)

q:out std_logic_vector(7 downto 0;--輸出信號(hào) end entity;architecture behav of ladder1 is begin process(clk,rst variable tmp:std_logic_vector(7 downto 0;variable a:std_logic;begin if(rst='0' then--復(fù)位 tmp:=“00000000”;elsif clk'event and clk='1' then if a='0' then if tmp=“11111111” then tmp:=“00000000”;a:='1';

else tmp:=tmp+16;--以常數(shù)遞增 a:='1';end if;else a:='0';end if;end if;q<=tmp;--信號(hào)輸出 end process;end behav;4選1模塊

最后我們要將模塊進(jìn)行整合,就需要設(shè)計(jì)一個(gè)選通模塊,進(jìn)行選擇。

具體程序設(shè)計(jì)如下：--工程名：4 選 1 模塊選擇器--功能：選通模塊作用--時(shí)間：2010-12-17 library ieee;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;use ieee.std_logic_arith.all;entity select4_1 is port(sel:in std_logic_vector(1 downto 0;--選擇信號(hào) d0,d1,d2,d3:in std_logic_vector(7 downto 0;--4 個(gè)信號(hào)發(fā)生器通道 q:out std_logic_vector(7 downto 0;--輸出通道 end entity;architecture behav of select4_1 is begin process(sel begin case sel is--選擇 when“00”=> q<=d0;when“01”=> q<=d1;when“10”=> q<=d2;when“11”=> q<=d3;end case;end process;end behav;最后將所有模塊就連接起來(lái)進(jìn)行圖形化設(shè)計(jì)； 進(jìn)行仿真。最后進(jìn)行硬件調(diào)試，通過(guò) DA 將 8

位的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成電壓信號(hào)就能完成了整個(gè) 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)了?？偨Y(jié)：通過(guò)設(shè)計(jì)這個(gè)簡(jiǎn)單的數(shù)字信號(hào)發(fā)生器，我徹底的了解了如何設(shè)計(jì)一個(gè)函數(shù) 發(fā)生器。一直以來(lái)都想設(shè)計(jì)這個(gè)一個(gè)東西，所以今天終于完成了我一直以來(lái)的心 愿了。但是這僅僅是開(kāi)始，要設(shè)計(jì)一個(gè)很好信號(hào)發(fā)生器，需要使用 DDS 的技術(shù)，因此希望我以后更加再接再厲，慢慢穩(wěn)健的成長(zhǎng)起來(lái)。

第四篇：低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)報(bào)告

課程名稱：

電子系統(tǒng)綜合設(shè)計(jì)

指導(dǎo)老師：

周箭

成績(jī)：

實(shí)驗(yàn)名稱：低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（預(yù)習(xí)報(bào)告）實(shí)驗(yàn)類型：

同組學(xué)生姓名：

一、課題名稱

低頻函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

二、性能指標(biāo)

（1）同時(shí)輸出三種波形：方波，三角波，正弦波；（2）頻率范圍：10Hz～10KHz；

（3）頻率穩(wěn)定性：（4）頻率控制方式：

① 改變RC時(shí)間常數(shù)；

； ② 改變控制電壓V1實(shí)現(xiàn)壓控頻率，常用于自控方式，即F=f（V1），（V1=1～10V）； ③ 分為10Hz～100Hz，100Hz～1KHz，1KHz～10KHz三段控制。

（5）波形精度：方波上升下降沿均小于2μs，三角波線性度δ/Vom<1%，正弦波失真度

；

（6）輸出方式：

a)做電壓源輸出時(shí)

輸出電壓幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電壓不小于20V 負(fù)載RL=100Ω～1KΩ時(shí)，輸出電壓相對(duì)變化率ΔVO/VO<1% b)做電流源輸出時(shí)

輸出電流幅度連續(xù)可調(diào)，最大輸出電流不小于200mA 負(fù)載RL=0Ω～90Ω時(shí)，輸出電流相對(duì)變化率ΔIO/IO<1% c)做功率源輸出時(shí)

最大輸出功率大于1W（RL=50Ω，VO>7V有效值）具有輸出過(guò)載保護(hù)功能

三、方案設(shè)計(jì)

根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)的要求，對(duì)信號(hào)產(chǎn)生部分，一般可采用多種實(shí)現(xiàn)方案：如模擬電路實(shí)現(xiàn)方案、數(shù)字電路實(shí)現(xiàn)方案、模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案等。

數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案

一般可事先在存儲(chǔ)器里存儲(chǔ)好函數(shù)信號(hào)波形，再用D/A轉(zhuǎn)換器進(jìn)行逐點(diǎn)恢復(fù)。這種方案的波形精度主要取決于函數(shù)信號(hào)波形的存儲(chǔ)點(diǎn)數(shù)、D/A轉(zhuǎn)換器的轉(zhuǎn)換速度、以及整個(gè)電路的時(shí)序處理等。其信號(hào)頻率的高低，是通過(guò)改變D/A轉(zhuǎn)換器輸入數(shù)字量的速率來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

數(shù)字電路的實(shí)現(xiàn)方案在信號(hào)頻率較低時(shí)，具有較好的波形質(zhì)量。隨著信號(hào)頻率的提高，需要提高數(shù)字量輸入的速率，或減少波形點(diǎn)數(shù)。波形點(diǎn)數(shù)的減少，將直接影響函數(shù)信號(hào)波形的質(zhì)量，而數(shù)字量輸入速率的提高也是有限的。因此，該方案比較適合低頻信號(hào)，而較難產(chǎn)生高頻（如>1MHz）信號(hào)。

模數(shù)結(jié)合的實(shí)現(xiàn)方案

一般是用模擬電路產(chǎn)生函數(shù)信號(hào)波形，而用數(shù)字方式改變信號(hào)的頻率和幅度。如采用D/A轉(zhuǎn)換器與壓控電路改變信號(hào)的頻率，用數(shù)控放大器或數(shù)控衰減器改變信號(hào)的幅度等，是一種常見(jiàn)的電路方式。

模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案

是指全部采用模擬電路的方式，以實(shí)現(xiàn)信號(hào)產(chǎn)生電路的所有功能。由于教學(xué)安排及課程進(jìn)度的限制，本實(shí)驗(yàn)的信號(hào)產(chǎn)生電路，推薦采用全模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案。

模擬電路的實(shí)現(xiàn)方案有幾種：

①用正弦波發(fā)生器產(chǎn)生正弦波信號(hào)，然后用過(guò)零比較器產(chǎn)生方波，再經(jīng)過(guò)積分電路產(chǎn)生三角波。但要通過(guò)積分器電路產(chǎn)生同步的三角波信號(hào)，存在較大的難度。原因是積分電路的積分時(shí)間常數(shù)通常是不變的，而隨著方波信號(hào)頻率的改變，積分電路輸出的三角波幅度將同時(shí)改變。若要保持三角波輸出幅度不變，則必須同時(shí)改變積分時(shí)間常數(shù)的大小，要實(shí)現(xiàn)這種同時(shí)改變電路參數(shù)的要求，實(shí)際上是非常困難的。

② 由三角波、方波發(fā)生器產(chǎn)生三角波和方波信號(hào)，然后通過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將三角波信號(hào)轉(zhuǎn)換成正弦波信號(hào)，該電路方式也是本實(shí)驗(yàn)信號(hào)產(chǎn)生部分的推薦方案。這種電路在一定的頻率范圍內(nèi)，具有良好的三角波和方波信號(hào)。而正弦波信號(hào)的波形質(zhì)量，與函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的形式有關(guān)，這將在后面的單元電路分析中詳細(xì)介紹。

四、單元電路分析

1、三角波，方波發(fā)生器

由于比較器+RC電路的輸出會(huì)導(dǎo)致VC線性度變差，故采用另一種比較器+積分器的方式

積分器

同相滯回比較器

由積分器A1與滯回比較器A2等組成的三角波、方波發(fā)生器電路如圖所示。在一般使用情況下，V+1和V-2都接地。只有在方波的占空比不為50%，或三角波的正負(fù)幅度不對(duì)稱時(shí)，可通過(guò)改變V+1和V-2的大小和方向加以調(diào)整。

合上電源瞬間，假定比較器輸出為低電平，vO2=VOL=-VZ。積分器作正方向積分，vO1線性上升，vp隨著上升，當(dāng)vp>0時(shí)，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為高電平，vO2=VOH=+VZ。積分器又開(kāi)始作負(fù)方向積分，vO1線性下降，vp隨著下降，當(dāng)vp<0時(shí)，即vo1≥R2/R3*,比較器翻轉(zhuǎn)為低電平，vO2=VOH=-VZ。

取C三種值:0.1uF 對(duì)應(yīng)10-100Hz； 0.01uF 對(duì)應(yīng)100-1kHz； 0.001uF 對(duì)應(yīng)1k-10kHz。調(diào)節(jié)R23的比值可調(diào)節(jié)幅度，再調(diào)節(jié)R，可調(diào)節(jié)頻率大小。

2、正弦波轉(zhuǎn)換電路 常用方法有使用傅里葉展開(kāi)的濾波法，使用冪級(jí)數(shù)展開(kāi)的運(yùn)算法，和轉(zhuǎn)變傳輸比例的折線法。但前二者由于其固有的缺陷：使用頻率小，難以用電子電路實(shí)現(xiàn)的原因，在本實(shí)驗(yàn)中舍棄，而采取最普遍的折線法。

折線法是一種使用最為普遍、實(shí)現(xiàn)也較簡(jiǎn)單的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換方法。折線法的轉(zhuǎn)換原理是，根據(jù)輸入三角波的電壓幅度，不斷改變函數(shù)轉(zhuǎn)換電路的傳輸比率，也就是用多段折線組成的電壓傳輸特性，實(shí)現(xiàn)三角函數(shù)到正弦函數(shù)的逼近，輸出近似的正弦電壓波形。由于電子器件（如半導(dǎo)體二極管等）特性的理想性，使各段折線的交界處產(chǎn)生了鈍化效果。因此，用折線法實(shí)現(xiàn)的正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，實(shí)際效果往往要優(yōu)于理論分析結(jié)果。

用折線法實(shí)現(xiàn)正弦函數(shù)的轉(zhuǎn)換，可采用無(wú)源和有源轉(zhuǎn)換電路形式。無(wú)源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路，是指僅使用二極管和電阻等組成的轉(zhuǎn)換電路。根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）二極管通路以改變轉(zhuǎn)換網(wǎng)絡(luò)的衰減比，輸出近似的正弦電壓波形。

有源正弦函數(shù)轉(zhuǎn)換電路除二極管、電阻網(wǎng)絡(luò)外，還包括放大環(huán)節(jié)。也是根據(jù)輸入三角波電壓的幅度，不斷增加（或減少）網(wǎng)絡(luò)通路以改變轉(zhuǎn)換電路的放大倍數(shù)，輸出近似的正弦電壓波形。

有

源

正

弦

函

數(shù)

若設(shè)正弦波在過(guò)零點(diǎn)處的斜率與三角波斜率相同，即

則有，由此，可推斷出各斷點(diǎn)上應(yīng)校正到的電平值：

方案一，使用二極管控制形成比例放大器，使得運(yùn)放在不同時(shí)間段有不同的比例系數(shù)

方案二，用二極管網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)逐段校正，運(yùn)放A組成跟隨器，作為函數(shù)轉(zhuǎn)換器與輸出負(fù)載之間的隔離（或稱為緩沖級(jí)）。

當(dāng)輸入三角波在T/2 內(nèi)設(shè)置六個(gè)斷點(diǎn)以進(jìn)行七段校正后，可得到正弦波的非線性失真度大致在1.8 % 以內(nèi)，若將斷點(diǎn)數(shù)增加到12 個(gè)時(shí)，正弦波的非線性失真度可在0.8 %以內(nèi)。3 輸出級(jí)電路 根據(jù)不同負(fù)載的要求，輸出級(jí)電路可能有三種不同的方式。

(1)電壓源輸出方式

電壓源輸出方式下，負(fù)載電阻RL通常較大，即負(fù)載對(duì)輸出電流往往不提出什么要求，僅要求有一定的輸出電壓。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，還要求輸出電壓的變化要小，即要求輸出級(jí)電路的輸出電阻RO足夠小。為此，必須引入電壓負(fù)反饋

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時(shí)，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖12（b）所示。

(2)電流源輸出方式

在電流源輸出方式下，負(fù)載希望得到一定的信號(hào)電流，而往往并不提出對(duì)輸出信號(hào)電壓的要求。同時(shí)，當(dāng)負(fù)載變動(dòng)時(shí)，還要求輸出電流基本恒定，即要求有足夠大的輸出電阻Ro。為此，需引入電流負(fù)反饋。

圖（a）電路的最大輸出電壓受到運(yùn)放供電電壓值的限制，如運(yùn)放的VCC 和VEE 分別為±15V時(shí)，則VOPP =±(12 ~ 14)V。若要求有更大的輸出電壓幅度，必須采用電壓擴(kuò)展電路，如圖（b）所示。

a）為一次擴(kuò)流電路，T1 和T2 組成互補(bǔ)對(duì)稱輸出。運(yùn)放的輸出電流IA中的大部分將

圖（作為T1、T2 的基極電流，所以IO = βIA。圖（b）為二次擴(kuò)流電路，用于要求負(fù)載電流IO 較大的場(chǎng)合。復(fù)合管T1、T2和T3、T4 組成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路。

(3)功率輸出方式

在功率輸出方式下，負(fù)載要求得到一定的信號(hào)功率。由于晶體管放大電路電源電壓較低，為得到一定的信號(hào)功率，通常需配接阻值較小的負(fù)載。電路通常接成電壓負(fù)反饋形式。如用運(yùn)放作為前置放大級(jí)，還必須進(jìn)行擴(kuò)流。當(dāng)RL較大時(shí)，為滿足所要求的輸出功率，有時(shí)還必須進(jìn)行輸出電壓擴(kuò)展。

靜態(tài)時(shí)，運(yùn)放輸出為零，– 20V電源通過(guò)下列回路：運(yùn)放輸出端→R1 →DZ →b1 →e1 → –20V 向T1 提供一定的偏置電流 R6 ,C3 和R7 ,C4 組成去耦濾波電路。需要注意的是幾個(gè)晶體管的耐壓限流以及最大功率值。

其中調(diào)節(jié)W可改變晶體管的靜態(tài)工作電流，從而克服交越失真。

4)輸出級(jí)的限流保護(hù) 由于功率放大器的輸出電阻很小，因而容易因過(guò)載而燒壞功率管。因此需要進(jìn)行限流保護(hù)。

圖（a）是一種簡(jiǎn)單的二極管限流保護(hù)電路，當(dāng)發(fā)生過(guò)流（I o過(guò)大）時(shí)，R3、R4 上的壓降增大到足以使D3、D4 導(dǎo)通，從而使流向T1、T2 基極的電流信號(hào)I1、I2 分流，以限制I o 的增大。

圖（b）是另一種限流保護(hù)電路，T3、T4 是限流管。當(dāng)I o 過(guò)大，R5、R6 上的壓降超過(guò)0.6V時(shí)，T3、T4 導(dǎo)通防止了T1、T2 基極信號(hào)電流的進(jìn)一步增大。I o 的最大值為 0.6/R5，R3、R4 用來(lái)保護(hù)限流管T3、T4。

五、仿真分析

以1KHz為例即C=1nF

三角波方波發(fā)生電路

方波下降沿時(shí)間4.3μs

三角波峰值

改變RP2

改變RP1

調(diào)節(jié)占空比

調(diào)節(jié)偏移量

正弦波轉(zhuǎn)換器

三角波轉(zhuǎn)換正弦波，三角波放大后輸出峰峰值10V

靜態(tài)工作點(diǎn)

改變靜態(tài)工作點(diǎn)（調(diào)節(jié)RP45）發(fā)生失真

功率放大電路

功率放大波形，輸入為之前的正弦波，變阻器衰減后最大不失真輸出電壓

總電路圖，模塊形式

衰減前的輸入信號(hào)與輸出信號(hào)

由仿真結(jié)果來(lái)看，基本滿足設(shè)計(jì)要求，準(zhǔn)備按仿真電路設(shè)計(jì)實(shí)際電路。

六、仿真心得

在仿真的過(guò)程中出現(xiàn)了一下幾個(gè)問(wèn)題，但后來(lái)都分別排查掉了，希望實(shí)際連接時(shí)不再犯。

1、運(yùn)放未接電源導(dǎo)致沒(méi)有波形

2、變阻器接入阻止過(guò)小或過(guò)大導(dǎo)致沒(méi)有信號(hào)或失真（尤其需要注意）

3、Lm324故障無(wú)法解決導(dǎo)致用了LM353代替

第五篇：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)論文.

四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 目 錄

前言.....................................................................1 1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù)................................................1 1.1 設(shè)計(jì)提議...........................................................1 1.2 方案論證與研究.....................................................1 2 方案設(shè)計(jì)..............................................................2 2.1 項(xiàng)目指標(biāo)...........................................................2 2.1.1 電源參數(shù).......................................................2 2.1.2 工作頻率.......................................................2 2.2 方案比較及選擇.....................................................2 3 設(shè)計(jì)理論..............................................................3 3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成...............................................3 3.2 方波信號(hào)...........................................................3 如圖3.2-1由運(yùn)算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運(yùn)

放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)反饋和延遲的作用。........................3 3.3 正弦波信號(hào).........................................................4 3.4 三角波信號(hào).........................................................6 4 RC振蕩電路設(shè)計(jì)........................................................7 5 放大器功率及ICL8038介紹...............................................9 5.1 放大器功率.........................................................9 5.2 ICL8038原理介紹...................................................10 6 致謝..................................................................11 7 總結(jié)及體會(huì)............................................................12 附錄1 系統(tǒng)原理圖.......................................................13 附錄2 系統(tǒng)元件清單.....................................................14 附錄3 系統(tǒng)PCB圖.......................................................15 I 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)................................................................16 II 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)論文

前言

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的制作是以集成塊ICL8038為核心器件，制作的成本也相對(duì)較低。是適合學(xué)生學(xué)習(xí)、使用電子技術(shù)測(cè)量。ICL8038可以輸出具有多種波形的精

密振蕩集成電路，要想產(chǎn)生從0.001Hz～30KHz的低失真正弦波、三角波、矩形波等脈沖信號(hào)只需要個(gè)別外部元件。輸出波形的占空比和頻率還可以由電阻或電流控制。其次由于此芯片具有調(diào)制信號(hào)的輸入端，所以可以用作頻率調(diào)制，針對(duì)于低頻信號(hào)。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器有著不同的用途，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過(guò)整形電路轉(zhuǎn)化為方波，最后三角波通過(guò)積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器開(kāi)發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。1 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)任務(wù) 1.1 設(shè)計(jì)提議

產(chǎn)品開(kāi)發(fā)、工業(yè)生產(chǎn)、科學(xué)研究等領(lǐng)域都的使用函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，它常用的基本測(cè)試信號(hào)有鋸齒波和正弦波、矩形波、三角波。常作為時(shí)基電路的鋸齒波信號(hào)在示波器等儀器中利用熒光屏顯示圖像。例如，想要通過(guò)示波器熒光屏上觀察到被測(cè)不失真地信號(hào)波形，通過(guò)產(chǎn)生鋸齒波電壓使的電子束在水平方向勻速搜出熒光屏。方波，三角波都有著不同的重要作用，而函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是指一種能自發(fā)的產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波階梯波等電壓波形的儀器或電路。因此，提議設(shè)計(jì)一種能產(chǎn)生三角波、正弦波、方波的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。1.2 方案論證與研究

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器用途較多，其電路中使用的器件是分離器件的可以產(chǎn)生三種或多種波形的函數(shù)發(fā)生器；而產(chǎn)生正弦波、方波、三角波也有多種方案，是集成器件電路，如先產(chǎn)生正弦波，根據(jù)其周期性內(nèi)部某種確定的函數(shù)關(guān)系，再將正弦波通過(guò)整形電路轉(zhuǎn)化 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 為方波，最后三角波通過(guò)積分電路形成。也可以先產(chǎn)生方波或三角波，再將方波或三角波轉(zhuǎn)化成正弦波。隨著電子技術(shù)日益發(fā)展，新器材、新材料越發(fā)漸好，隨著期間可選性的增加，函數(shù)信號(hào)發(fā)生器開(kāi)發(fā)出更多的新款式，比如在技術(shù)上很可靠的產(chǎn)生正弦波、三角波、方波的主芯片ICL8038。所以，可以選擇多種多樣的方案，原則上是可行的。2 方案設(shè)計(jì)

2.1 項(xiàng)目指標(biāo) 2.1.1 電源參數(shù)

● 輸入：雙電源 +12V、-12v

● 輸出：方波電壓約等于12v，三角波電壓與約等于5v，正弦波電壓大于1v，幅 度可連續(xù)調(diào)，線性失真就會(huì)較小。2.1.2 工作頻率

頻率范圍：10HZ～100HZ,100HZ～1000HZ 2.2 方案比較及選擇

方案一：正弦振蕩是由文氏電橋產(chǎn)生，然后得到方波，三角波是方波積分得到的。此方案結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，是一開(kāi)環(huán)電路，產(chǎn)生的失真較小的正弦波和方波波形①。但于產(chǎn)生三角波則比較有麻煩，因?yàn)轭l率覆蓋系數(shù)要求有1000倍，因此對(duì)于1000倍的頻率變化會(huì)有積分時(shí)間從而使輸出電壓振幅的1000倍變化。而這是不滿足電路要求的。幅度的穩(wěn)定性幾乎難以達(dá)到要求。并且通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)會(huì)發(fā)現(xiàn)積分器極易產(chǎn)生線性失真。

方案二：通過(guò)芯片ICL8038產(chǎn)生8083集成函數(shù)發(fā)生器。

該集成函數(shù)發(fā)生器是一種用途較多的波形發(fā)生器，可以產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和鋸齒波，通過(guò)外加的直流電壓進(jìn)行振蕩器調(diào)節(jié)，所以是電壓控制集成信號(hào)產(chǎn)生器。由于兩個(gè)電流源控制外接電容C的充、放電電流，所以電容C兩端電壓大小變化與時(shí)間成線形關(guān)系，從而可以輸出理想的三角波波形。8038電路中含正弦波變換器，因此可以將三角波轉(zhuǎn)化成正弦波輸出。另外還可以將三角波轉(zhuǎn)換成方波輸出通過(guò)觸發(fā)器。此方案的特點(diǎn)有： ◆ 穩(wěn)定性好而且線性良好；

◆ 易調(diào)頻率，頻帶在幾個(gè)數(shù)量級(jí)范圍內(nèi)，可以方便地、連續(xù)地改變頻率大小，而且 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) ◆ 變頻率的同時(shí)，幅度是不會(huì)發(fā)生變的；

◆ 不會(huì)出現(xiàn)過(guò)渡過(guò)程，只要接通電源后就會(huì)立即產(chǎn)生穩(wěn)定的波形圖； ◆ 方波和三角波在半周期內(nèi)的時(shí)間是線性函數(shù)，容易轉(zhuǎn)換為別的波形。故由此，本次信號(hào)設(shè)計(jì)采用的是第二種方案。3 設(shè)計(jì)理論

3.1 函數(shù)發(fā)生器的結(jié)構(gòu)組成

函數(shù)發(fā)生器是指能夠自動(dòng)產(chǎn)生方波、正弦波、三角波的電壓波形的儀器或電路。可以采用由運(yùn)放、分離元件及單片集成函數(shù)發(fā)生器構(gòu)成電路形式。根據(jù)不同的用途，可以產(chǎn)生三種或多種不同波形的函數(shù)發(fā)生器，本次介紹的事不同函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的方法。

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是由正弦波形發(fā)生電路和基礎(chǔ)的非正弦信號(hào)發(fā)生電路組合成的。下面我們將分別對(duì)方波、正弦波、三角波的發(fā)生進(jìn)行分析，從而使在合成電路時(shí)電路更加的合理。3.2 方波信號(hào)

如圖3.2-1由運(yùn)算放大器和電容積分電路、Rf組成的，輸出電壓最終反饋到運(yùn)放反相輸出端，因此積分電路有負(fù)反饋和延遲的作用。

圖3.2-1 運(yùn)算放大電路

電路如圖3.2-2所示，在接通電源時(shí)，電容兩端的電壓為零，且輸出電壓等于UZ，所以運(yùn)放同相輸出端的電壓uP=UzR2=UZF。R1+R2 3 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 此時(shí)uO=UZ向C充電，使運(yùn)放反相端輸入電壓uN不斷上升。在uN小于uP以前，uO=UZ不變。在t=t1時(shí)，uN逐漸上升到略高于uP，使uO從高電平跳到低電平，變?yōu)?UZ。

此時(shí)通過(guò)Rf向C充電，使運(yùn)放反相輸入端的電壓uNuP=-UZF，uO=-UZ時(shí)，逐漸增加。在uN大于uP以前，uO=-UZ大小保持不變。在t等于t2時(shí)，uN減小到稍低于uP，則uO從低電平跳到高電平，變?yōu)閁Z，又回到最初狀態(tài)。如此重復(fù)，循環(huán)，從而產(chǎn)生振蕩，并輸出方波。

根據(jù)上面的分析，從而可以畫(huà)出如下圖uO與uC的波形：

圖3-2-2 uO與uC的波形

有圖波形，并取適當(dāng)?shù)腞1、R2值，F(xiàn)=R2(R1+R2)，則T=2RfC，得到振蕩頻率為：

3.3 正弦波信號(hào)

即又被稱為文氏電橋振蕩器，如圖3-3-1所示其中是由同相運(yùn)放電路組成的A放大器，如圖3.3-1，Av= VoR=(2+1)VdR1f0=11=T2CRf 4 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)

圖3.3-1 文氏電橋振蕩電路 圖3.3-2 同相運(yùn)放電路

由RC串并聯(lián)組成網(wǎng)絡(luò)F，因?yàn)檫\(yùn)放的輸入阻抗較大，所以輸出阻抗Ro就很小，對(duì)網(wǎng)絡(luò)F幾乎沒(méi)有影響影響，故忽略不計(jì)，根據(jù)圖3.3-3得 R VfjωRC+1Fv==1RVo++RjωC1+jωRC =R 1(jωRC+1+R)+RjωC=R1j(ωR2C-)+3RωC 5 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 根據(jù)自激振蕩條件： AF =T=1故有AvFv=AvR=1 因此上式中分母12j(ωRC-)+3RωC 中的虛部必須等于零，即 R2Cw-1=0 ωC ?振蕩頻率ω0=1 CR

上式中實(shí)部為1，所以起振條件Av=3 圖3.3-2是同相運(yùn)放，Av=R2+1 須滿足條件2R1=

R2 R1 圖3.3-3 RC串并聯(lián)

3.4 三角波信號(hào)

根據(jù)RC的積分電路輸出和輸入信號(hào)波形的關(guān)系可得，當(dāng)輸入信號(hào)是方波時(shí)，則輸出的信號(hào)便是三角波，由此可知，三角波信號(hào)發(fā)生器是由RC積分電路和方波信號(hào)發(fā)生器組成。下圖3-2-3便是三角波信號(hào)發(fā)生器的電路組成。圖中的方波信號(hào)發(fā)生器是由A1運(yùn)算放大器組成，RC積分電路是由A2組成。該電路的設(shè)計(jì)原理是：由方波信號(hào)發(fā)生器輸出方波。反相積分電路由圖中A1，A2和C、R4等組成。

分析可以畫(huà)出uO1和uO的波形，如圖3.4-1所示。6 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)

圖3.4-1 uO1和uO的波形

電壓uO的上升和下降幅度和時(shí)間變量相等，而且上升和下降的斜率的絕對(duì)值大小也相等。三角故波uO峰值為：

Uom= UZR2 R1 4R1R4C R2 則在調(diào)整三角波電路時(shí)，R1或R2應(yīng)被先調(diào)整,使峰值達(dá)到所需要的值，最后再調(diào)整故振蕩周期： T=2(t2-t1)=R4或C，使頻率f0能滿足要求。4 RC振蕩電路設(shè)計(jì)

RC振蕩器電路的設(shè)計(jì)，就是根據(jù)給出的指標(biāo)要求，選擇適合的電路結(jié)構(gòu)形式，并確定和計(jì)算電路中各元件的參數(shù)，在所要求的頻率范圍內(nèi)使它們滿足振蕩的條件，使電路產(chǎn)生正弦波形。RC振蕩器的設(shè)計(jì)的步驟為：

● 根據(jù)已知的指標(biāo)參數(shù)，選擇適合的電路形式?！?計(jì)算并確定電路中的各元件參數(shù)?！?選擇運(yùn)算放大器

● 為滿足電路指標(biāo)要求可通過(guò)調(diào)試。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)

例如：設(shè)計(jì)一個(gè)振蕩頻為800Hz的RC正弦波振蕩器。設(shè)計(jì)步驟如下: 計(jì)算并確定電路中的各元件參數(shù)。● RC的值可根據(jù)振蕩器的頻率計(jì)算。RC= ● 確定R和C的值 1=1.99?10-4(s)2πf0

為了使選頻網(wǎng)絡(luò)不受運(yùn)算放大器輸入和輸出電阻的影響。按：Ri >> R >> R0的關(guān)系確定R的值。其中：運(yùn)算放大器同相端的輸入電阻Ri。為運(yùn)算放大器的輸出電阻R0。

當(dāng)R=20kΩ時(shí)，則：

1.99?10-4-7C==0.995?10F 320?10 ● 確定R3和Rf 的值（Rf=R4+Rw+rd//R5)根據(jù)振蕩的振幅條件，Rf應(yīng)大于2R3，取Rf=2.01R3。從而減小波形失真。此外，為了滿足R等于R3并聯(lián)Rf的直流平衡條件，并減小運(yùn)放輸入失調(diào)的影響。

由Rf=2.01R3和R=R3//Rf可求出：

R3= 取整數(shù)值: R3=30k Ω

所以:Rf=2.01R3=2.01?30?103Ω=60.3kΩ.為了是效果更好, Rf與R3的值還可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)調(diào)整后確定。● 確定其元件值及電路。

電路由R5和接法相反的二極管D1、D2并聯(lián)而成。

二極管D1、D2 應(yīng)選用其元件值硅管，因其溫度穩(wěn)定性較高。當(dāng)然二極管D1、D2的特性必須保持一致，以確保輸出波形的正負(fù)半軸對(duì)稱。● R2與R5確定

由于二極管的非線性會(huì)導(dǎo)致波形失真，因此，可在二極管的兩端并上一個(gè)阻值與rd相近的電阻R5。用來(lái)減小非線性失真，然后再經(jīng)過(guò)調(diào)整，達(dá)到最好效果。便可確定R5，再計(jì)算出R2。為了是效果更加明顯,電阻 R2可用50kΩ電阻和40 kΩ的電位器串聯(lián)?！?運(yùn)放型號(hào)的選擇

運(yùn)放選擇，要求輸入高阻、輸出低阻，而且滿足增益帶寬積：Auo? BW 大于3fo 的 3.13.1?20?103=29.8?103Ω R =2.012.01 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)

條件。因?yàn)閒o=800Hz，所以選擇μA741集成運(yùn)算放大器。5 放大器功率及ICL8038介紹 5.1 放大器功率

由多級(jí)放大器組成的便是電子電路。在工作過(guò)程中，電壓放大是由小信號(hào)放大電路對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行的，再通過(guò)功率放大電路將功率放大，以便于控制或驅(qū)動(dòng)負(fù)載電路工作。功率放大器就是以功率放大為目的的電路。低頻功率放大器也稱為功率放大器，是能使低頻信號(hào)功率放大的放大器。

如圖5.1-1 OTL 低頻功率放大器所示。其中由晶體三極管T1組成前置放大級(jí)（也稱推動(dòng)級(jí)），T2、T3是一組參數(shù)對(duì)稱的PNP和NPN型晶體三極管，它們組成OTL功放電路。射極輸出器形式是由每一個(gè)管子接成的，因此輸出電阻低，負(fù)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合功率輸出級(jí)。甲類狀態(tài)由T1管工作，此集電極電流IC1是通過(guò)電位器RW1進(jìn)行調(diào)節(jié)。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供電壓。通過(guò)調(diào)節(jié)RW2，可以使T2、T3在甲、乙類狀態(tài)得到合適的靜態(tài)電流，以克服失的一端，因此可在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面改善了非線性失真，同時(shí)也能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)。R和C2構(gòu)成用于提高輸出電壓正半周的幅度自舉電路，從而得到較大的動(dòng)態(tài)范圍。C2和R 構(gòu)成自舉電路，用于提高輸出電壓正半周的幅度，以得到大的動(dòng)態(tài)范圍。主要性能指標(biāo)是OTL 電路。

在輸出功率P0m的最大不失真理想情況下，在實(shí)驗(yàn)中可測(cè)量RL 兩端的電壓有效值通過(guò)計(jì)算來(lái)得實(shí)際的

其中由晶體三極管T1組成前置放大級(jí)（也稱推動(dòng)級(jí)），T2、T3是一對(duì)參數(shù)對(duì)稱的NPN和PNP型晶體三極管，互補(bǔ)推挽的OTL功放電路就由它們組成。由于射極輸出器形式是每一個(gè)管子連接成的，因此具有輸出低電 阻，負(fù)載能力較強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，適合作用于功率輸出級(jí)。甲類狀態(tài)T1管工作，通過(guò)調(diào)節(jié)電位器RW1來(lái)調(diào)節(jié)它的集電極電流IC1。IC1 的一部分流經(jīng)二極管D及電位器RW2，給T2、T3提供偏電壓。為甲、乙類狀態(tài)在T2、T3得到合適的靜態(tài)電流，可通過(guò)調(diào)節(jié)RW2來(lái)實(shí)現(xiàn)，從而又由于RW1的一端接在A點(diǎn)，因此在電路中引入交、直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋，一方面能夠穩(wěn)定放大器的靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)也改善了非線性失真。9 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì)

圖5.1-1 OTL 功率放大器實(shí)驗(yàn)電路 5.2 ICL8038原理介紹

芯片ICL8038是單片集成函數(shù)發(fā)生器，如圖5-3s所示為其內(nèi)部原理電路框圖。ICL8038由恒流電流源I1、I2，觸發(fā)器和電壓比較器C1、C2等組成。電壓比較器C1的門限電壓為2VR/

3、的為VR(VR= VEE+VCC)，可通過(guò)調(diào)節(jié)外接電阻確定電流源I1和I2的大小，并且I2必須大于I1。當(dāng)觸發(fā)器Q端輸出電平低時(shí)，I2通過(guò)開(kāi)關(guān)S的控制從而使電流源斷開(kāi)。而電流源I1向外接電容C充電，電壓隨時(shí)間變化線性下降，當(dāng)其下降到小于VC時(shí)，比較器C2輸出發(fā)生跳變，當(dāng)VC上升到2VR/3時(shí)，比較器C1輸出波形會(huì)發(fā)生跳變，從而使觸發(fā)器輸出端Q由低電平變?yōu)楦唠娖?，電流源I2接通通過(guò)控制開(kāi)關(guān)S。當(dāng)其上升和下降時(shí)間相等時(shí)，產(chǎn)生的波形輸出到引腳3，而觸發(fā)器輸出的波形經(jīng)緩沖器輸出到引腳9。三角波由正弦波變換器變成正弦波后由引腳2輸出。由此知ICL8038能輸出三角波、方波和正弦波等三種及三種以上的不同波形。其中，外部接入振蕩電容C，它是通過(guò)內(nèi)部?jī)蓚€(gè)恒流電源來(lái)完成充電、放電的過(guò)程。恒流源2的工作狀態(tài)是由恒流源1對(duì)電容器C持續(xù)充電，并增加電容電壓，從而達(dá)到改變比較器的狀態(tài)改變、輸入電平以及帶動(dòng)觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)來(lái)連續(xù)控制的。當(dāng)觸發(fā)器使恒流源2處于關(guān)閉狀態(tài)，電容電壓值是比較器1輸入電壓規(guī)定值的2／3倍時(shí)，比較器1的狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器的工作狀態(tài)發(fā)生翻轉(zhuǎn)，此時(shí)將模擬開(kāi)關(guān)K由B接到A點(diǎn)。因?yàn)楹懔髟?的電流值為2I，比恒流源1大，所以電容器處于放電狀態(tài)，在單位時(shí)間內(nèi)電容器端電壓將將發(fā)生改變，為線性下降，當(dāng)電容電壓值下降到比較器2的輸入電壓規(guī)定值的1／3倍時(shí)，比較器2狀態(tài)發(fā)生改變，使觸發(fā)器再次翻轉(zhuǎn)到原來(lái)的狀態(tài)，周而復(fù)始的完成此振蕩過(guò)程。四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 根據(jù)以上分析，上述基本電路中很容易獲得3種函數(shù)信號(hào)，倘若電容器在放電過(guò)程和在充電過(guò)程的時(shí)間常數(shù)相等，而且是在電容器充放電時(shí)，那么電容電壓輸出的就是三角波函數(shù)，從而三角波信號(hào)由此獲得。因?yàn)橛|發(fā)器的工作狀態(tài)也是由電容電壓的充放電的過(guò)程決定的，因此，觸發(fā)器的狀態(tài)通過(guò)翻轉(zhuǎn)，就能夠產(chǎn)生方波函數(shù)信號(hào)，在芯片內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，這兩種信號(hào)經(jīng)過(guò)緩沖器功率的放大，并從管腳3和管腳9輸出可得。滿足方波函數(shù)等信號(hào)在頻率、占空比調(diào)節(jié)的全部范圍可適當(dāng)?shù)倪x擇外部電阻RA和RB和C。所以，對(duì)兩個(gè)電流源在I和2I電流不等的情況下，可以從最小到最大范圍中循 環(huán)調(diào)節(jié)，并任意選擇調(diào)整，因此，只需要使電容器充放電時(shí)間不相等，便可獲得鋸齒波等函數(shù)信號(hào)。

圖5.2-1 內(nèi)部原理電路框圖 6 致謝

本課題在選題以及研究過(guò)程是在孫活老師的親切關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。老師們多次詢問(wèn)研究設(shè)計(jì)進(jìn)程，并為我悉心指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓思路，耐心點(diǎn)撥、鼓勵(lì)。老師們嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致、一絲不茍的工作作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神，不僅授我以文，而且教我做人，雖歷時(shí)三載，卻給以終生受益無(wú)窮之道。對(duì)老師的感激之情是無(wú)法用言語(yǔ)表達(dá)的。感謝帶過(guò)我的老師對(duì)我的教育培養(yǎng)。他們細(xì)心指導(dǎo)我的學(xué)習(xí)與研究，從課題的選擇到項(xiàng)目的最終完成，老師們都始終給予我細(xì)心的指導(dǎo)和不懈的支持。在此，我要向諸位老師深深地鞠上一躬并致以誠(chéng)摯的謝意和崇高的敬意。

在此，我還要感謝我的5位室友，正是有你們的幫助、理解和支持，我才能克服一個(gè)一個(gè)的困難，直至順利的完成本文。當(dāng)然也缺少不了一起愉快度過(guò)三年的大

學(xué)同學(xué)，他們給與我?guī)椭?，支持，我在此也由衷的表示感謝。最后我還要感謝含辛茹苦的把培養(yǎng) 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 我長(zhǎng)大的父母，謝謝您們!7 總結(jié)及體會(huì)

通過(guò)本次課程設(shè)計(jì)，加強(qiáng)了我們的思考、動(dòng)手和解決問(wèn)題的能力，經(jīng)常會(huì)遇到不同的情況，心里總想著這樣的接法或許可以行得通，但實(shí)際接上電路后才發(fā)現(xiàn)不對(duì)，實(shí)現(xiàn)不了預(yù)想的效果，因此耗在這上面的時(shí)間用的比較多。

我覺(jué)得做課程設(shè)計(jì)的同時(shí)也鞏固和加強(qiáng)了課本知識(shí)，由于課本上的知識(shí)太多而且零散，平時(shí)課間的學(xué)習(xí)也并不能很好的理解并運(yùn)用各個(gè)元件的功能，考試內(nèi)容又比較有限，因此在這次課程設(shè)計(jì)過(guò)程中，我了解了很多元件的功能以及使用。平時(shí)看課本學(xué)習(xí)書(shū)本知識(shí)時(shí)，有時(shí)問(wèn)題總是弄不懂，可做完設(shè)計(jì)，那些不是問(wèn)題的問(wèn)題就迎刃而解了。甚至還記住很多東西，受益匪淺。如一些芯片的功能及作用，平時(shí)看課本講解，看一次忘一次，沒(méi)從根本上理解。通過(guò)這次動(dòng)手實(shí)踐讓我對(duì)各個(gè)元件印象深刻。所以認(rèn)識(shí)、了解來(lái)源于實(shí)踐，實(shí)踐才是認(rèn)識(shí)的動(dòng)力和最終目的，實(shí)踐出真理。所以這次的設(shè)計(jì)對(duì)我的學(xué)習(xí)和幫助作用都非常大的。

通過(guò)該次設(shè)計(jì)，在理論學(xué)習(xí)時(shí)，很少會(huì)有實(shí)踐的機(jī)會(huì)，但我們學(xué)院可以，而且設(shè)計(jì)制作也是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的任務(wù)！一起的學(xué)習(xí)工作中可以讓我們團(tuán)結(jié)一致，相互幫助，默契配合，多少歡樂(lè)在這里灑下。我認(rèn)為我們的工作是一個(gè)團(tuán)隊(duì)的工作，團(tuán)隊(duì)需要個(gè)人，個(gè)人也離不開(kāi)團(tuán)隊(duì)，必須發(fā)揚(yáng)團(tuán)結(jié)合作的精神。這次實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)必將成為我人生旅途上的一個(gè)非常美好的回憶！

通過(guò)對(duì)此課程設(shè)計(jì)是我認(rèn)識(shí)到，電路設(shè)計(jì)需要我們耐心，需要縝密的整套思維邏輯，要求我們學(xué)會(huì)分析。懂得只有理論知識(shí)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，只有將理論和實(shí)踐結(jié)合起來(lái)才能順利完成。我期盼在今后的學(xué)習(xí)過(guò)程中能讓學(xué)生更加的接近器材，獨(dú)立完成很多知識(shí)不能只看表面，要深究其真正作用才行，需要不斷積累經(jīng)驗(yàn)。所以說(shuō)，坐而言不如立而行，對(duì)于這些電路還是得自己親自動(dòng)手才能印象深刻。這次的課程設(shè)計(jì)終于順利完成了，在設(shè)計(jì)中也遇到了很多專業(yè)知識(shí)問(wèn)題，最后通過(guò)老師的辛勤指導(dǎo)，終于迎刃而解了。經(jīng)過(guò)老師的悉心指導(dǎo)，我們學(xué)也到了很多實(shí)用的知識(shí)，在次我表示深深感謝！同時(shí)，對(duì)給過(guò)我?guī)椭椭С值乃型瑢W(xué)及各位指導(dǎo)老師再次表示忠心的感謝！四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄1 系統(tǒng)原理圖

圖1 系統(tǒng)原理圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄2 系統(tǒng)元件清單 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 附錄3 系統(tǒng)PCB圖

圖2 信號(hào)發(fā)生器圖 四川師范大學(xué)成都學(xué)院通信原理課程設(shè)計(jì) 參考文獻(xiàn)

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